具身智能和协作机器人关键技术

具身智能和协作机器人提 纲智启于身：具身智能机器人技术与挑战核心技术：协作机器人关键技术与标准03

心路分享：国家奖申报经历与经验交流21.1

具身智能成为国家发展的重要方向具身智能机器人是下一代颠覆性技术，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志《关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》指出：智能机器人作为战略新兴产业之一，同时前瞻布局未来产业，探索多元技术路线、典型应用场景、可行商业模式、市场监管规则，推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点。“机器人+”应用行动实施方案31.2

具身智能的基本概念具身智能三要素：具身实体+环境交互+智能提升具身智能：人工智能技术+智能机器人实体4离身智能具身智能智能机器人人形机器人具身智能(Embodied

Inteligence)：基于物理身体进行感知和行动的智能系统具身本体的形态不必限制在外观上的“人形”，同时身体的形态也不能作为判断是否属于“具身智能”的依据人工智能个颠覆性产品，基于大语言模型的技术路线有机会产生机器人的“ChatGPT时刻”LLMs Robot具身智能的投资价值在于人形机器人将成为继个人PC、智能手机、新能源汽车之后下一1.3

具身智能引领机器人技术革命人类具有通过多模态反馈学习、泛化和控制复杂操作任务的能力，而机器人领域旨在赋予机器人类似的操作智能5具身智能已经成为国际竞争的新焦点和经济发展的新引擎多模态大模型高速发展，赋能机器人环境交互感知与行为认知机器人从被动执行到自主决策，重塑智能形态，迈向通用智能新纪元具身智能深度渗透多领域，加速产业智能化升级，重塑传统行业格局1.4

具身智能引领机器人技术革命灵活的动态运动能力智能的劳动作业能力深度的任务理解能力61.5

人形机器人是具身智能最具代表性的载体之一人形机器人是具身智能在复杂环境中实现多任务执行的关键物理载体之一人形机器人，指具有类人形态、功能和智能的机器人人形机器人在人类环境中工作时具有更强的适应性和通用性适应人类为自身设计建造的环境7使用人类为自己设计制造的工具容易被人接受实现人机自然交互1.6

具身智能人形机器人发展历程20世纪60年代“机器人之父”约瑟夫·恩格尔伯格提出“机器人三定律”理论1973年日本早稻田大学-加藤实验室研发出世界第一款人形机器人WABOT-11984年日本早稻田大学-加藤实验室研发了弹钢琴表演的WABOT-21986年日本本田开始人形机器人的研究（双足机器人）2000年ASMIO第一代机型问世、2005年更新版ASMIO发布

小跑、单腿跳上下楼2011年新一代ASIMO发布具备传感器避障判断与行动的能力2015、2017、2019年历经三代发展，Atlas具有极强平衡性和越障能力2020年美国敏捷推出第一款商业化出售的双足机器人Digit早期探索阶段系统高度集成发展阶段具身智能阶段高动态运动发展阶段2022-TeslaOptimus2021年Atlas能够流畅“跑酷”，是目前在运动方面最接近人类的人形机器人EngineeredArts-Ameca是现存面部表情最丰富、仿真的人形机器人2022-FigureAI

012022-小米CyberOne2025-宇树H181.6

具身智能人形机器人核心部件发展历程9形成面向各个场景可制造、可维护、可作业的人形机器人本体硬件代表性人形本体硬件能量与热管理产品序列演进Digit FigureOptimus宇树系列智元系列电驱、全身协调与工业任务导向成为新一代本体的共同特征能力工程化路径XPe RONXiaCybe

OneMentA运动能力操作能力可制造性可维护性可作业性未来下一步发展稳定灵活协同Unitree

H1灵巧力控泛化模块化标准化工艺化易拆装易更换可诊断可靠安全长时运行核心硬件系统边侧算力芯片 高性能执行器（旋转关节） 灵巧手系统1.6

具身智能人形机器人场景应用Figure

02

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BMW｜车身工位复杂操作场景正加速形成“执行—反馈—优化”的任务闭环，在重复作业中持续迭代，在规模应用中沉淀通用能力，有望率先在制造、物流等领域实现规模化落地汽车制造率先验、稳定节拍 真实部署

与

实验矩阵Apollo

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Mercedes｜人机协作Digit

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GXO｜周转箱搬运Digit

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GXO｜工位交接宇树

G1｜双臂操作搬运、上料、取放、双臂操作Atlas｜工业操作验证Atlas｜料架取放宇树

G1｜开放环境行走 宇树

G1｜全身运动实验Kepler｜工业环境优必选｜多机协同航天探索老龄化社会服务机器人特种兵灾害救援智慧家居工业生产1.7

具身智能的万亿级市场工业生产、公共安全、社会服务等领域高盛预计2035年有望突破万亿元人民币市场规模111.8

具身智能技术的问题和挑战一：本体性能不足动力部件和整机系统的技术路线逐渐清晰成熟，基本产品处于起步阶段功率密度、可靠性、安全性、成本等关键性能及制造工艺等亟待突破整机系统灵活性、稳定性、安全性作业能力、生产工艺探索阶段、驱动力弱人造肌肉关键部组件多模态、大抓力、低成本核心零部件动力部件的高功率密度等提升触觉部件的稳定性等性能突破触觉传感亟需提升稳定性、缩小体积1.8

具身智能技术的问题和挑战二：作业能力不足模型运动控制技术，国际基本成熟，国内基本解决行走控制机器人-环境-任务融合下的拟人化全身运动控制、双手灵巧操作仍有待突破全身动力学建模控制模型复杂、运动多样高度非线性，实时求解难拟人化动作学习泛化动力学跟踪控制难泛化执行任务方法缺仿真实物迁移与进化仿真实物差异大迁移难任务多样难度变化进化缺1.8

具身智能技术的问题和挑战三：数据和模型数据驱动技术有力推动了感知智能，形成语言、视觉大模型如何构建多模态融合的通用具身智能大模型技术路线正在探索中具身智能感知智能自身管理运动智能交互智能基础知识ChatGPTQ*AIGC1.8

具身智能技术的问题和挑战四：芯片和生态维度RT-2OpenVLAACTDiffusion

PolicyAMPORB-SLAM3定位大脑大脑小脑小脑小脑感知仿真训练否Isaac

Sim否Isaac

GymIsaac

Gym无推理延迟>

200ms~100ms<

20ms~100ms<10–20

ms<20

ms算力瓶颈访存密集型访存密集型计算密集型计算密集型计算密集型内存带宽训练算力需求多张

A100

数周多张

A100

数天单张

RTX

4090几小时单张

RTX

40901-2

天单卡

RTX4090数小时–1

天无部署算力需求云端(

A100

)边缘

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AGX

/RTX4090)边缘

(Jetson

OrinNano)边缘

(RTX3060

/Orin,)边缘（JetsonOrin

）边缘（JetsonOrin

）应用案例“硬件平台-核心算力-仿真环境”全方位受限于NVIDIA1.8

亟需高校建立支撑自主可控的人才供给体系2015、2017、2019年

美国Atlas2022年

美国

Optimus2024年

美国

Digit2023年

加拿大

Phoenix2022

小米CyberOne 2023

宇树

H1 2023

傅利叶

GR-I 2023

智元

远征A1产学研融合优势互补，协同攻关促进技术突破与安全可控应用落地16具身智能机器人企业多源于高校科研具有人才密集与技术导向特征提 纲智启于身：具身智能机器人技术与挑战核心技术：协作机器人关键技术与标准03

心路分享：国家奖申报经历与经验交流172.1

北航基础：三代人“灵巧手”北航三代人，接续奋斗40年，引领中国“灵巧手”发展第一代人 第二代人第三代人国内首个机器人灵巧手（1987年）国内首台医疗机器人（2015年向习近平总书记汇报）国内首台协作机器人（2024年向张国清副总理汇报）19952015至今1987张启先院士王田苗教授魏洪兴等教授18高性能机器人核心零部件具身智能机器人技术底座灵巧操作人形机器人智能协作机器人及多场景应用构建研发蓝图突破四大方向攻坚技术核心引领国际前沿聚焦实际场景推动成果应用触觉智能关节灵巧手算法库具身智能大模型操作系统双臂协同灵巧手精确操作双足移动典型工艺包适配振动抑制优化快速部署研制人形与协作机器人样机与装备，推动典型示范和产业应用孵化一批国际领先的智能机器人及核心部件创新创业企业构建转化平台打造产业集群流打技造术国创际新一平台的与智成能果机转器化人基地2.2

智能机器人系统与关键部件北京市重点实验室192.3

协作机器人全产业链研发体系核心零部件机器人软件模块化关节模组协作机器人本体中空力矩电机自研刹车自研编码器自研伺服驱动自研机器人控制器集成产品点阵波理疗机器人

超V热疗机器人

复合机器人

农业采摘机器人 弧焊机器人工作站 激光焊机器人工作站

机器人涂胶工作站

教学实训平台高性能协作机器人iS系列

工业协作机器人iH系列商用协作机器人S系列/C系列防爆协作机器人iFB系列教育协作机器人E系列高性能关节MP系列工业关节M系列轻型关节LM系列ARCS-遨博机器人操作系统ARAL-遨博机器人算法库403225 20 17 14403225 20 17 1414 17 20 25核22已具备完全自主可控技术体系，可支撑产品快速研发、低成本制造机器人类型控制器硬件架构机器人操作系统统一工艺包开发接口应用驱动层设备层服务层中间件层组件层应用层ARCS软件北航ARCS操作系统-

X86ARMRISC-V码垛焊接上下料、码垛、锁付、涂胶、焊接、喷涂等视 夹 锁觉 爪 付涂胶打 传磨 感2.3

自主可控机器人操作系统23已开发底层源代码完全自主的机器人操作系统平台242.3